Tài liệu Đồ án nghiên cứu hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều hvdc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên : Đào Quang Huy Giảng viên hướng dẫn : ThS.Nguyễn Đoàn Phong HẢI PHÒNG - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG --------------------------------- NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU HVDC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên thực hiện : Đào Quang Huy Giảng viên hướng dẫn : Ths.Nguyễn Đoàn Phong HẢI PHÒNG, 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG ---------------------------------------------- NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Đào Quang Huy MSV : 1812102012 Lớp : DC 2201 Ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Nghiên cứu hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều HVDC NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1.Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 2. Các số liệu cần thiết để tính toán. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 3.Địa điểm thực tập tốt nghiệp. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ và tên : Nguyễn Đoàn Phong Học hàm, học vị : Thạc sỹ Cơ quan công tác : Trường Đại học quản lý và công nghệ Hải Phòng Nội dung hướng dẫn: …………………………………………………………………………........... …………………………………………………………………………............. …………………………………………………………………………............. Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 04 tháng 4 năm 2022 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 24 tháng 6 năm 2022 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Giảng viên hướng dẫn Sinh viên Đào Quang Huy Hải Phòng, ngày tháng TRƯỞNG KHOA TS. Đoàn Hữu Chức năm 2022 Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------------------------------PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ và tên giảng viên: Nguyễn Đoàn Phòng Đơn vị công tác: Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng Họ và tên sinh viên: Đào Quang Huy Chuyên ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp Nội dung hướng dẫn : Toàn bộ đề tài 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 2. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận ( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu... ) ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 3. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không được bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày......tháng.....năm 2021 Giảng viên hướng dẫn ( ký và ghi rõ họ tên) Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------------------------------PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ và tên giảng viên ……………………………………………………… Đơn vị công tác:................................................................................................. Họ và tên sinh viên: .................................Chuyên ngành:.............................. Đề tài tốt nghiệp: ........................................................................................... ............................................................................................................................ 1. Phần nhận xét của giảng viên chấm phản biện ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 2. Những mặt còn hạn chế ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không được bảo vệ Hải Phòng, ngày......tháng.....năm 2022 Điểm hướng dẫn Giảng viên chấm phản biện ( ký và ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... iii LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... v DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................. vi PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................. ix CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HVDC .................................... 1 1.1 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống .............................................................. 1 1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống ................................... 1 1.1.2 Tiềm năng của hệ thống HVDC ......................................................... 3 1.2 Nghiên cứu cấu trúc hệ thống ...................................................................... 7 1.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống HVDC ............................................ 7 1.2.3 Các loại hệ thống truyền tải điện một chiều....................................... 9 1.2.4 Cấu tạo của hệ thống HVDC ........................................................... 15 1.3 Ưu, nhược điểm và ứng dụng của hệ thống ............................................... 23 1.3.1 Ưu điểm................................................................................................ 23 1.3.2 Nhược điểm ...................................................................................... 25 1.3.3 Ứng dụng của hệ thống HVDC ........................................................ 26 1.3.4 Chi phí của hệ thống HVDC ............................................................ 26 CHƯƠNG II : CÁC TRẠM BIẾN ĐỔI TRONG HVDC ............................. 29 2.1 Hệ thống HVDC dựa trên công nghệ LCC ................................................ 29 2.1.1 Tổng quan về công nghệ ...................................................................... 29 2.1.2 Trạm chuyển đổi LCC-HVDC và các thành phần chính ..................... 29 2.2 Hệ thống HVDC dựa trên công nghệ VSC ................................................ 31 2.2.1 Tổng quan về công nghệ ...................................................................... 31 2.2.2 Trạm biến đổi VSC-HVDC và các thành phần chính ......................... 32 2.3 So sánh công nghệ LCC và công nghệ VSC ............................................. 34 CHƯƠNG III : HỆ THỐNG HVDC CỦA ẤN ĐỘ ....................................... 36 3.1 Giới thiệu chung ......................................................................................... 36 3.1.1 Tình hình chung ................................................................................... 36 3.1.2 Tài nguyên năng lượng ở Ấn Độ ......................................................... 37 i 3.1.3 Tăng trưởng công suất lắp đặt ............................................................. 38 3.1.4 Tổng quan về hệ thống truyền tải điện hiện tại của Ấn Độ ................. 41 3.2 Các hệ thống HVDC của Ấn Độ ................................................................ 43 3.2.1 Các hệ thống Back to Back của Ấn Độ ............................................... 46 3.2.2 Hệ thống HVDC 500kV Rihand – Delhi ............................................. 46 3.2.3 Hệ thống HVDC Talcher- Kolar ........................................................ 47 3.2.4 Hệ thống HVDC Chandrapur-Padghe................................................. 49 3.2.5 Hệ thống HVDC Mundra- Mohindergarh .......................................... 49 3.2.6 Hệ thống HVDC Vidhyanchal ............................................................ 50 3.3 Những vấn đề về phát triển hệ thống HVDC ở Ấn Độ .............................. 51 3.4 Triển vọng tương lai của HVDC ở Ấn Độ ................................................. 52 CHƯƠNG IV : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM XÂY DỰNG MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI TÍCH HỢP HỆ THỐNG HVDC ................................ 57 4.1 Xây dựng mô hình hệ thống ....................................................................... 57 4.2 Kết quả mô phỏng ...................................................................................... 60 4.3 Phân tích, đánh giá kết quả ........................................................................ 73 4.4 Kết luận ...................................................................................................... 76 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 78 ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt 4 năm học tập và rèn luyện trên giảng đường Trường Đại học Quản Lý và Công Nghệ Hải Phòng, em đã tiếp nhận được những kiến thức quý báu từ các giảng viên trong trường, nhằm trang bị cho em những kỹ năng nghiên cứu, kinh nghiệm trước khi lập nghiệp. Trước tiên, em muốn gửi lời cảm ơn tới các quý thầy cô trong khoa Điện – Điện tử nói chung và chuyên ngành Điện tự động Công Nghiệp nói riêng đã chỉ dạy cho em những kiến thức chuyên môn làm nền tảng cho em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đồng thời em xin được đặc biệt gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Th.S Nguyễn Đoàn Phòng với tâm huyết của mình đã định hướng cho em và đưa ra những nhận xét, lời khuyên quý báu, chỉnh sửa những sai sót của em trong bản đồ án. Đây không chỉ là những góp ý trong quá trình thực hiện đồ án này mà còn là hành trang tiếp bước cho em sau này. Em chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe, giữ được nhiệt huyết với nghề giảng dạy, giúp đỡ các sinh viên tiếp theo nên nghề, nên người. Cuối cùng, là lời cảm ơn đến tập thể lớp DC2201 đã đồng hành cùng nhau suốt những năm tháng sinh viên, cùng nhau chia sẻ những kỷ niệm vui buồn. Sau khi tốt nghiệp, mỗi người sẽ có lựa chọn cho riêng mình, chỉ hy vọng những cảm xúc ấy vẫn giữ trong chúng ta mãi sau này. Chúc mọi người thành công. Tạm biệt! iii LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của bản thân tự đọc, dịch tài liệu và tổng hợp, không sao chép. Nội dung trong đồ án có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nói trong phần tài liệu tham khảo. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào, em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường và thầy cô bộ môn. Hải Phòng, ngày tháng năm 2022 SINH VIÊN Đào Quang Huy iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT HVDC Điện một chiều cao áp HVAC Điện xoay chiều cao áp NLTT Năng lượng tái tạo LCC Line Commutated Converter - Bộ chuyển đổi nguồn dòng VSC Voltage Source Converter - Bộ chuyển đổi nguồn áp IEC International Electrotechnical Commission-Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế PECC2 Công ty cổ phần tư vấn xây dựng điện 2 EVN Electricity Vietnam-Tập đoạn điện lực Việt Nam SCADA Supervisory Control And Data Acquisition – Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu ENTSO-E European Network of Transmission System Operators for Electricity-Mạng lưới các nhà vận hành hệ thống truyền tải Châu Âu PGCIL Power Grid Corporation of India Limited-Hội đồng quản trị điện của chính phủ Ấn Độ v DANH MỤC HÌNH ẢNH Số Hình Tên Hình Trang Hình 1.1 Đường dây HVDC đề xuất Nho Quan – Cầu Bông 6 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống HVDC 8 Hình 1.3 Cấu hình đơn cực 9 Hình 1.4 Đường dây truyền tải của Baltic 10 Hình 1.5 Cấu hình lưỡng cực 11 Hình 1.6 Cấu hình đồng cực 12 Hình 1.7 Bộ biến đổi Back-to-back 13 Hình 1.8 Các kiểu đấu nối hệ thống truyền tải HVDC 15 Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống HVDC 15 Hình 1.10 Máy biến áp trong hệ thống HVDC 19 Hình 1.11 Bộ lọc trong hệ thống HVDC 20 Hình 1.12 Cuộn san dòng 21 Hình 1.13 Đường dây truyền tải HVDC 22 Hình 1.14 Tụ bù công suất phản kháng 22 Hình 1.15 Hệ thống điều khiển trong HVDC 23 Hình 1.16 Hành lang tuyến của HVDC và HVAC 25 Hình 1.17 Chi phí đầu tư trạm chuyển đổi 27 Hình 1.18 Biểu đồ phí đầu tư của hệ thống HVDC và HVAC 28 Hình 1.19 Biểu đồ chênh lệch giá giữa HVDC và HVAC với công suất 2000MW 28 Hình 2.1 Trạm chuyển đổi LCC-HVDC 31 Hình 2.2 Trạm chuyển đổi VSC-HVDC 33 Hình 3.1 Tài nguyên năng lượng để phát điện ở Ấn Độ 37 Hình 3.2 Biểu đồ tăng trưởng công suất lắp đặt trong Ấn Độ 38 Hình 3.3 Mục tiêu bổ sung công suất 78.700 MW vào năm 2012 39 vi Hình 3.4 Mục tiêu bổ sung công suất 100.000 MW vào năm 2017 39 Hình 3.5 Nhu cầu cao điểm dự kiến 40 Hình 3.6 Yêu cầu công suất lắp đặt dự kiến 40 Hình 3.7 Bản đồ điện lưới điện quốc gia hiện tại 42 Hình 3.8 Sơ đồ khối hệ thống HVDC 42 Hình 3.9 Các liên kết lưỡng cực HVDC trong Ấn Độ 43 Hình 3.10 Sơ đồ khối liên kiết HVDC Back to Back 43 Hình 3.11 Các trạm HVDC Back to Back của Ấn Độ 44 Hình 3.12 Bản đồ hệ thống HVDC Rihand- Delhi 48 Hình 3.13 Bản đồ hệ thống Talcher- Kolar 49 Hình 3.14 Bản đồ hệ thống HVDC Chandrapur-Padghe 50 Hình 3.15 Bản đồ hệ thống HVDC Mundra- Mohindergarh 51 Hình 3.16 Hệ thống HVDC Back to back Vydhyanchal 52 Hình 3.17 Trạm back to back Chandrapur 53 Hình 3.18 Trạm HVDC back to back Sasaram 54 Hình 4.1 Thông số nguồn phát trong lưới điện 59 Hình 4.2 Sơ đồ lưới điện mô phỏng trong ETAP 59 Hình 4.3 Cài đặt thông số mô phỏng trào lưu công suất trong Edit Study Case Study Case trong trường hợp mô phỏng ngắn mạch 60 Kết quả trào lưu công suất khi sử dụng HVAC trong chế độ cực đại Trào lưu công suất trường hợp sử dụng HVDC trong chế độ cực đại Kết quả trào lưu công suất khi sử dụng HVAC trong chế độ cực tiểu Trào lưu công suất trường hợp sử dụng HVDC trong chế độ cực tiểu 62 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 61 65 68 71 vii DANH MỤC BẢNG Số Bảng Tên Bảng Trang Bảng 2.1 So sánh công nghệ LCC và công nghệ VSC 34 Bảng 3.1 Bổ sung công suất trong kế hoạch 11 39 Bảng 3.2 Danh sách các hệ thống HVDC của Ấn Độ năm 2006 45 Bảng 3.3 Bổ sung đường truyền ở Ấn Độ 53 Bảng 3.4 Gói tăng cường hệ thống thứ mười một và thứ mười hai 54 Bảng 4.1 Thông số đường dây khu vực lưới điện 70 km 57 Bảng 4.2 Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng HVAC trong chế độ cực đại Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVAC trong chế độ cực đại Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng HVAC trong chế độ cực đại Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng HVDC trong chế độ cực đại Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVDC trong chế độ cực đại Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng HVDC trong chế độ cực đại Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng HVAC trong chế độ cực tiểu Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVAC trong chế độ cực tiểu Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng HVAC trong chế độ cực tiểu Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng HVDC trong chế độ cực tiểu Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVDC trong chế độ cực tiểu Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi không sử dụng HVDC trong chế độ cực tiểu So sánh tổn thất công suất và điện áp rơi trong chế độ 62 Bảng 4.3 Bảng 4.4 Bảng 4.5 Bảng 4.6 Bảng 4.7 Bảng 4.8 Bảng 4.9 Bảng 4.10 Bảng 4.11 Bảng 4.12 Bảng 4.13 Bảng 4.14 Bảng 4.15 cực đại So sánh tổn thất công suất và điện áp rơi trong chế độ cực tiểu 63 63 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 viii PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cùng với sự phát triển của khoa học – kỹ thuật thì hiện nay công nghệ truyền điện năng cũng có những bước tiến đột phá lớn về kỹ thuật. Nhờ sự áp dụng kỹ thuật điện tử công suất vào việc truyền tải điện năng nên đã tạo ra những thiết bị mới, công nghệ mới để hỗ trợ cho hệ thống truyền tải điện. Một trong những công nghệ mới đã và đang triển khai trên toàn thế giới hiện nay là công nghệ truyền tải điện một chiều HVDC. Công nghệ này có rất nhiều quốc gia sử dụng để truyền tải điện năng đi xa và đem lại một sự hiệu quả về kinh tế. Hiện nay, Việt Nam đang tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu đi sâu vào công nghệ này. Chính vì thế đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều HVDC” được thực hiện nhằm tìm hiểu về hệ thống HVDC và một số quốc gia đã sử dụng công nghệ này 2. Mục đích của đề tài Nhằm trau dồi kiến thức đã học và kỹ năng tìm hiểu để có cái nhìn tổng thể về một hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều, một công nghệ của tương lai. Từ đó đi tìm hiểu một số hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều của đất nước Ấn Độ. 3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của một hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều HVDC - Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu là hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều nói chung và một số hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều lớn của đất nước Ấn Độ. ix 4. Phương pháp nghiên cứu khoa học Để có thể nghiên cứu được đề tài thì chúng em đã sử dụng phương pháp tìm kiếm, đọc dịch và tổng hợp lý thuyết từ nhiều tài liệu, để có thể khai thác được những đặc điểm và nắm bắt rõ hơn các vấn đề quan trọng trong một hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều HVDC. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Giúp cho sinh viên ngành điện tự động Công Nghiệp em hiểu thêm về đường dây truyền tải điện. Giúp củng cố thêm kiến thức và kĩ năng làm việc nhóm, kĩ năng phân tích nguyên lý, là hành trang và kinh nghiệm quý báu cho em khi bước ra ngoài cuộc sống. Giúp em có một nền tảng vững vàng để khi ra trường có tư duy, kỹ năng làm việc toàn diện nhất. . x CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HVDC 1.1 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống 1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống HVDC có lịch sử phát triển lâu dài khi Thomas Edison (1847-1931) phát minh ra dòng điện một chiều, hệ thống truyền tải điện đầu tiên được gọi là hệ thống dòng điện một chiều. Ở điện áp thấp, công suất truyền tải điện một chiều không thể đi quá xa. Vào đầu thế kỷ XX, với sự phát triển không ngừng của công nghệ máy biến áp cùng với động cơ cảm ứng, truyền tải điện xoay chiều ngày càng phổ biến và trở thành lựa chọn số 1 của các quốc gia. Năm 1929, đội ngũ kỹ sư của Công ty ASEA của Thụy Điển đã nghiên cứu và phát triển hệ thống Valve hồ quang thủy ngân điều khiển mạng lưới đa điện cực để sử dụng trong truyền tải điện một chiều có công suất và điện áp cao. Những thí nghiệm đầu tiên được tiến hành tại Mỹ và Thụy Điển năm 1930 với mục đích kiểm tra hoạt động của Valve hồ quang thủy ngân trong quá trình chuyển đổi chiều truyền tải cũng như thay đổi tần số. Sau chiến tranh thế giới thứ 2, nhu cầu điện năng trên toàn cầu tăng cao đã kích thích sự nghiên cứu truyền tải điện một chiều, khi truyền tải công suất đi xa hoặc nếu bắt buộc phải sử dụng đường cáp ngầm. Năm 1950, đường dây truyền tải một chiều bắt đầu tiến hành thử nghiệm điện áp 200 Kv với chiều dài 116 km đưa vào vận hành để tải điện từ Moscow đi Kasira. Đường dây HVDC đầu tiên được đưa vào vận hành thương mại vào năm 1954 trên Thụy Điển với công suất 20 MW, chiều dài 98 km, điện áp 100 kV sử dụng cáp ngầm vượt biển kết nối giữa đất liền và đảo Gotland. Đến năm 1960, hệ thống Valve thể rắn đã trở thành hiện thực khi được Thyristor ứng đưa vào truyền tải điện một chiều. Năm 1972, Valves thể rắn đã được ứng dụng lần đầu tiên tại trạm Back to Back Eel River công suất 320 MW ở Canada với điện áp 80 kV. Ngày nay, công nghệ truyền tải HVDC là một phần không thể thiếu đối với hệ thống điện của nhiều quốc gia trên thế giới. Truyền tải HDVC luôn luôn 1 được xem xét trong trường hợp phải tải lượng công suất lớn đi khoảng cách xa, kết nối giữa những hệ thống điện không đồng bộ hoặc xây dựng đường cáp điện vượt biển. Khi công suất đủ lớn và khoảng cách đủ xa, HVDC sẽ chiếm ưu thế lớn về chi phí đầu tư và tổn thất truyền tải điện năng so với dòng điện xoay chiều 3 pha truyền thống. Dựa vào thống kê của các nhóm nghiên cứu, hiện nay có khoảng 239 dự án HVDC đã và đang trong quá trình triển khai xây dựng trong đó có 173 hệ thống tải điện HVDC 56 trạm Back to Back. Điện áp một chiều cao nhất thuộc về dự án Xinjiang - Anhui tại Trung Quốc lên tới 1.100 kV, công suất tải 12 GW chiều dài truyền tải 3.293 km. Trong khi ở châu Âu đưa cấp điện áp một chiều lớn nhất là 525 kV trở thành tiêu chuẩn thì một số khu vực khác có xu hướng sử dụng điện áp cao hơn chẳng hạn như: châu Á 800-1.100 kV, Bắc Mỹ 600 kV, Nam Mỹ 600 kV... Vấn đề về kỹ thuật và kinh tế được cho là lý do chính dẫn đến việc lựa chọn hệ thống HVDC để thay thế cho việc sử dụng hệ thống xoay chiều (AC). Về lý do kỹ thuật: Hệ thống HVDC có thể sử dụng để trao đổi công suất giữa các hệ thống điện khác nhau về tần số, điều độ vận hành, nó cũng có thể liên kết giữa hệ thống điện mạnh và hệ thống điện yếu hơn nhiều mà không làm ảnh hưởng đến nhau. Đường dây HVDC không có công suất phản kháng, chỉ truyền tải công suất tác dụng, do đó không gặp các vấn đề về quá tải điện áp trên đường dây dài đối với hệ thống AC. Những đường cáp biển có chiều dài trên 50 km mà truyền tải bằng đường cáp AC sẽ gặp rào cản lớn về mức ổn định điện áp, tính khả thi cũng không cao. Trong khi đó cáp HVDC có thể truyền tải điện năng hàng trăm km. Hệ thống HVDC có khả năng tăng độ ổn định hệ thống điện và cách ly sự cố rã lưới. Sự cố rã lưới năm 2003 ở Bắc Mỹ là ví dụ điển hình, nó đã dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng, gây mất điện trên phạm vi rộng và chỉ dừng lại khi gặp đường dây DC liên kết với Canada. Nhiều hệ thống HVDC có thể phát ra công suất phản kháng độc lập với công suất tác dụng, do đó có tác dụng như nguồn áp, có thể cấp điện cục bộ cho hệ thống điện nhỏ, tăng tính ổn định cho hệ thống điện. 2 Về lý do kinh tế: các nghiên cứu cho thấy rằng, suất đầu tư cho đường dây truyền tải DC thấp hơn AC vì thiết kế cột của đường dây DC gọn nhẹ hơn là đường dây AC. Khi tính toán kinh tế đối với các dự án truyền tải trên toàn cầu, suất đầu tư cho đường dây điện DC chỉ bằng 0,8 lần đường dây điện AC cùng mức điện áp, số mạch. Do thiết kế cột gọn nhẹ và đơn giản hơn, số mạch cũng ít hơn và ảnh hưởng của điện trường tĩnh đối với sức khỏe con người tương tự như từ trường của trái đất và không cần phải tính toán kỹ lưỡng như đường dây AC, do đó nên hành lang tuyến của đường dây DC nhỏ gọn hơn AC, tổn thất công suất trên đường dây truyền tải của hệ thống DC thấp hơn AC cùng điện áp, chi phí cho giải phóng mặt bằng cũng như đền bù sẽ thấp hơn. Dựa trên tính toán lý thuyết, tổn thất công suất trên đường dây DC chỉ bằng 80% đường dây AC khi truyền tải cùng công suất và khoảng cách. Điều này là lý do dẫn đến chi phí tổn thất điện năng của hệ thống HVDC thấp hơn so với hệ thống HVAC. Chi phí xây dựng cho trạm chuyển đổi DC-AC và AC-DC cao hơn rất nhiều so với chi phí đầu tư cho trạm biến áp AC, chi phí đó cần được bù đắp bởi chi phí giảm được tổn thất điện năng và của đường dây DC. Khoảng cách càng dài thì truyền tải DC càng có lợi, từ đó hình thành một điểm cân bằng, ở đó 2 hệ thống AC và DC có chi phí tương đương. Điểm cân bằng đó thường được tính toán theo chiều dài và có khoảng cách khoảng lên tới vài trăm km. Đối với hệ thống HVDC dùng cáp vượt biển thì khoảng cách điểm cân bằng ngắn hơn nhiều với đường dây trên không. 1.1.2 Tiềm năng của hệ thống HVDC Hiện nay miền Bắc và miền Nam là 2 trung tâm phụ tải quan trọng trong hệ thống điều độ điện quốc gia với công suất đỉnh trong năm 2020 đạt khoảng 18,3 GW và 17,8GW. Trong tương lai 2 vùng này dư báo sẽ tiếp tục tăng trưởng và vẫn là 2 trọng tâm phụ tải của cả nước. Các vùng còn lại thuộc miền Trung có phụ tải khá thấp, chiếm khoảng 18% vào năm 2020 và khoảng 16% vào năm 2045. Tuy nhiên, nơi đây lại là những khu vực có tiền năng phát triển các nguồn năng lượng tái tạo cao như điện gió trên bờ, điện mặt trời và điện gió ngoài khơi. 3